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超级电容器是一种结合传统电容器和锂离子电池双重优势的新型储能元件,具有较 高的功率密度、较大的输出电流,快速充放电等诸多优良特性。
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根据不同的工作原理,超级电容器可分为双电层超级电容器、法拉第赝电容超级电容器和混合型超级电容器。
(1)双电层超级电容器。两个电极的能量存储机理完全一致,属于对称型超级电容器(Symmetrical supercapacitors)。其储能机理主要依靠可逆的吸附-脱附过程使两个电极 之间产生电势差,从而实现电荷存储的目的。
(2)法拉第赝电容超级电容器。与前者均属于对称型超级电容器。法拉第电容器存在两种储能机制,一种是法拉第赝电容,另一种则是双电层电容,其中法 拉第电容占据主导地位,双电层电容起辅助作用。与双电层电容器对比,由于法拉第电容器通常具有更高的比电容,所以能量密度较高。但 多次充放电会导致电极材料的体积膨胀或者活性物质脱落,相较于双电层电容,循环效率 会更低。
3)混合型超级电容器。也被称为非对称型超级电容器(Asymmetrical supercapacitors),其中正极通常采用具有法拉第赝电容的电极材料,负极则通常采用具有双电层电容的电极材料,这样做的目的是结合两种储能机制的优势,发挥出最优的协同效应,使其最大程度实现超级电容器性能的优化。
 

柔性超级电容器

柔性超级电容器的储能容量取决于电极的表面积以及电极材料的电导率和结构。与传统电极不同,柔性电极必须具有较高的柔性和稳定性,衡量柔性电极性能的重要指标 有比电容、负载量、机械性能以及循环性能等。柔性超级电容器电极材料的研究包括基 于双电层原理的电极材料以及基于法拉第赝电容原理的电极材料。其中,制备高孔隙率及 比表面积的碳材料是双电层电极材料的主要研究方向,金属氧化物和导电聚合物则是研 究较多的法拉第赝电容电极材料。同时,基于不同材料的特性,研究了多种材料的掺杂和 复合,以期获得综合性能优异的电极材料。
 
 
柔性超级电容器以及其电极的性能指标包括:比电容、能量/功率密度、循环 寿命、电化学阻抗谱(EIS)以及柔软性等。
 

柔性凝胶电解质

水凝胶的独特特性使其成为柔性超级电容器软电解质材料的理想候选者。聚 合物水凝胶是由亲水性聚合物链组成,具有类似组织的、粘弹性、柔韧的交联网 络,可以在各种机械变形下保持结构完整性。聚乙烯醇(PVA )、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)和天然生物聚合物等 各种高分子材料已被广泛用作制备水凝胶电解质的候选材料。
 
目前开发的柔性超级电容器有纤维状超级电容器、薄膜状超级电容器、 纸基超级电容器和织物基超级电容器等。
目前织物状柔性超级电容器的构建方式有两种:一是将纤维状超级电容器编 织到织物中,二是用现有织物构建织物基超级电容器。
 
参考文献
  1. 支若彤. PEDOT:PSS/GO/CMC柔性复合电极材料的制备及电化学性能研究. (西安理工大学, 2023).